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TP TSTI GM
Nom :
TP COURS : TRANSFORMATEUR MONOPHASE
1.
Constitution
1.1. Essais préliminaires
Placer deux bobines comportant respectivement N1 et N2 spires l’une à côté de l’autre. Alimenter la bobine 1 en
régime sinusoïdal avec une tension variable.
Donner un schéma de montage afin de mesurer les valeurs efficaces des tensions aux bornes des deux bobines
(on spécifiera sur le schéma l’appareil utilisé pour alimenter la bobine 1) :
Faire une série de mesure afin de remplir le tableau suivant, en calculant au préalable U1MAX :
U1 tension aux bornes
¼ U1MAX =
½ U1MAX =
¾ U1MAX =
de la bobine 1
U2 tension aux bornes
de la bobine 2
U2
U1
U1MAX =
Placer les deux mêmes bobines sur les noyaux de tôle, fermer le circuit magnétique grâce à la culasse du haut.
Faire une série de mesure afin de remplir le tableau suivant :
U1 tension aux bornes
15 V
30 V
45 V
60 V
de la bobine 1
U2 tension aux bornes
de la bobine 2
U2
U1
Comparer le rapport des valeurs efficaces des tensions
U2
N2
, avec le rapport des nombre de spires
.
N1
U1
Conclure :
Schéma :
1.2. Constitution d’un transformateur
Un transformateur est constitué d’un circuit magnétique et de
deux circuit électrique. Le circuit ______________ est
constitué de deux noyaux et est fermé par deux culasses. Il est
traversé par un champ magnétique variable siège de
_________________________ (par hystérésis et par courants
de Foucault). On limite ses pertes :
 par courants de Foucault en feuilletant le
circuit magnétique ;
 par hystérésis en utilisant un acier au
silicium (matériau magnétique doux).
Autour des noyaux, on bobine les deux circuit ___________. La bobine d’entrée est appelée _______________,
la bobine de sortie ________________.
Le primaire reçoit de la puissance du réseau, il se comporte comme un _______________. Le secondaire fournit
de la puissance à une charge électrique qui lui sera connectée, il se comporte comme un _________________.
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1.3. Conventions d’écriture
Les grandeurs relatives au primaire seront affectées de l’indice 1, celles relatives au secondaire, de l’indice 2 :
 e1 et e2 sont les _______ (forces électromotrices) induites
 i1 et i2 les intensités des courants
 R1 et R2 les _______________ des enroulements
 N1 et N2 les nombres de __________ des enroulements
 1 et 2 le ___________________________ à travers une spire
 P1 et P2 les ______________________ …
Les orientations des courants des circuits primaire et secondaire sont choisies telle qu’un courant positif engendre
un flux positif.
Le primaire étant récepteur, il sera décrit en convention récepteur. Le secondaire étant générateur, il sera décrit
en convention générateur.
On marquera d’un point les bornes dites homologues : des courants entrant aux même instants par des bornes
homologues donnent des flux de même signe.
2.
Le modèle du transformateur parfait
2.1.
Définition et schéma
Le transformateur parfait est un modèle simplificateur dans lequel on négligera toutes des imperfections du
circuit magnétique et des circuits électriques :
 Le circuit magnétique est parfait : il est _____________, sans ____________, les courants de Foucault
sont ___________, il n’y a donc pas de ___________________ ; il n’y a pas de fuite magnétique, le
circuit magnétique canalise parfaitement le champ magnétique, le flux se _____________ dans tout le
circuit magnétique.
 Les circuit électriques sont parfait : on néglige leur _______________, il n’y a pas de
____________________________.
Symbole :
Toute la suite de l’étude n’est valable qu’en régime sinusoïdal.
2.2.
Relation de Boucherot
2.3.
Relation entre les tensions
Si on suppose le transformateur sans fuite magnétique alors le flux magnétique se conserve dans tout le circuit
magnétique, ainsi le flux à travers une spire du primaire est égal au flux à travers une spire du secondaire :







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





Où __ s’appelle le ____________________________________ du transformateur :
Ainsi en valeur efficace des tensions, on a :
Si m < 1 le transformateur est dit « ___________________ de tension ».
Si m > 1 le transformateur est dit « ___________________ de tension ».
Remarque : un transformateur élévateur peut devenir abaisseur, il suffit de le retourner, le primaire devient alors
le secondaire.
2.4.
Puissances
Comme on a supposé le transformateur sans pertes, les puissances du primaires sont égales à celle du secondaire
2.5.
Relation entre les intensités
Pour le transformateur que vous avez sur la table de travaux pratiques, calculez à partir de la plaque
signalétique, les valeurs des courants nominaux au primaire et au secondaire. Donner un schéma de montage
permettant de mesurer U1 , I1 , U2 et I2 :
Chargez le transformateur avec un rhéostat dont vous aurez au préalable évaluer la valeur afin de remplir le
tableau de mesure suivant :
I2
intensité
du
I2N =
¾ I2N =
½ I2N =
¼ I2N =
courant secondaire
I1
intensité
du
courant primaire
I1
I2
Comparer les valeurs de
Démonstration :
Comme S1 = S2 ,
I1
avec le rapport de transformation du transformateur :
I2
U1 I 1 = U 2 I 2
Donc
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2.6.
Schéma équivalent
Schéma équivalent du transformateur parfait :

2.7.
Modèles électriques
Vu de la charge

Vu de l’alimentation
Pour l’alimentation, le transformateur se comporte comme un dipôle passif d’impédance
3.

Le transformateur réel
3.1.
Bilan de puissance
3.1.1
Bilan de puissance
Puissance absorbée par le transformateur : puissance ____________________________ par le réseau

Puissance utile du transformateur : puissance que ___________________ du transformateur à sa
______

PU < PA parce qu’il y a des pertes. Ces pertes (puissance perdue sous forme de chaleur) sont de deux
types :
 Puissance perdue par ________________ dans les enroulements du primaire et du secondaire,
appelée « pertes Joule » :

Puissance perdue dans le ____________________ du transformateur, appelées « pertes fer » :
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
où ph sont les pertes par hystérésis et pcF sont les pertes par courants de Foucault. Ces pertes ne
dépendent (à fréquence constante) que de la valeur maximale du ___________________ donc,
d’après la formule de ______________, de la valeur efficace de la _____________________.
Bilan de puissance complet du transformateur :
On peut obtenir la valeur des pertes à l’aide de deux essais, dit essai à puissance réduite, l’essai à vide et l’essai
en court-circuit.
3.1.2
Détermination des pertes fer : essai à vide
L’essai à vide du transformateur consiste à alimenter l’appareil sous sa tension nominale sans le charger (pas de
récepteur branché au secondaire). On mesure la puissance absorbée à vide P10, la tension d’alimentation du
primaire U1N, l’intensité du courant primaire à vide I10 et la tension aux bornes du secondaire à vide U20, ce qui
donne le schéma suivant :
I2 =
~
Le courant du secondaire est nul car il n’y a pas de charge pour appeler du courant.
La puissance utile est _________ car il n’y a pas de charge.
La puissance P10 lue sur le wattmètre correspond donc à la somme des pertes fer et des pertes Joule à vide :
avec
pJ0 =
Comme l’essai à vide est réalisé sous la tension primaire nominale, les pertes fer à vide, qui ne dépendent que de
la tension primaire correspondent aux pertes fer lors d’un fonctionnement nominale :
Les pertes Joule sont négligeables devant les pertes fer nominales car
Donc
Réaliser un essai à vide en indiquant les valeurs relevées sur les appareils de mesure. En déduire la valeur des
pertes fer du transformateur :
3.1.3
Détermination des pertes Joule : essai en court-circuit
L’essai en court-circuit consiste à court-circuiter le secondaire du transformateur et d’augmenter progressivement
la tension d’alimentation du primaire jusqu’à atteindre la valeur nominale de l’intensité du courant au secondaire.
La tension d’alimentation en court-circuit est faible (environ 10% de la tension primaire nominale). On mesure,
la puissance absorbée en court-circuit P1CC, la tension de court-circuit U1CC, l’intensité du courant primaire en
court-circuit I1CC et l’intensité du courant secondaire de court-circuit I2CC = I2N, ce qui donne le schéma suivant :
tension
! réduite
~
U2 =
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La tension aux bornes du secondaire est nulle car le secondaire est court-circuité.
La puissance utile est _________ car il n’y a pas de charge.
La puissance P1CC lue sur le wattmètre correspond donc à la somme des pertes fer et des pertes Joule à vide :
Comme _______________________________________________________.
Comme les pertes fer ne dépendent que de la tension primaire et que U1CC « U1N alors pfCC « pJ
On peut donc négliger les pertes fer, la puissance lue sur le wattmètre est égale aux pertes Joule :
Réaliser un essai en court-circuit en indiquant les valeurs relevées sur les appareils de mesure. En déduire la
valeur des pertes Joule du transformateur :
Une autre méthode pour mesurer les pertes Joule consiste à mesurer les résistances des enroulements du primaire
R1 et du secondaire R2 par une méthode voltampèremétrique, puis d’appliquer la relation suivante :
Donner les schémas de montages permettant de mesurer les deux résistances considérées. Effectuer ces mesures
en indiquant la marche à suivre. Vérifier la valeur des pertes Joule obtenues grâce à l’essai en court-circuit :
3.1.4
Rendement
Le rendement du transformateur  est définit par la relation suivante :
Comme P1 = P2 +

et donc P2 = P1 -
; on peut aussi obtenir  par :
Grâce aux résultats des deux essai précédents, calculer le rendement du transformateur pour une charge
résistive nominale :
3.1.5
Essai en charge
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Calculer la valeur de la résistance de charge permettant d’effectuer un essai en charge résistive nominale :
Donner le schéma de montage correspondant à cet essai sachant que l’on veut mesurer P1 , P2 , U1 , U2 , I1 et
I2 :
Effectuer les mesures. Comparer U2 et U20. Calculer le rendement du transformateur. Comparer avec le résultat
de la question 3.1.4 :
4.
Utilisation
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